Reaksi Redoks, Sel Elektrokimia, Elektrolisis, Volta, Korosi, Bilangan Oksidasi - Pada serpihan ini, Anda akan diajak untuk sanggup menerapkan konsep reaksi oksidasi-reduksi dan elektrokimia dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari dengan cara menerapkan konsep reaksi oksidasi-reduksi dalam sistem elektrokimia yang melibatkan energi listrik dan kegunaannya dalam mencegah korosi dan dalam industri, serta menjelaskan reaksi oksidasi dan reduksi dalam sel elektrolisis dan menerapkan Hukum Faraday untuk eletrolisis larutan elektrolit. Anda tentu mengenal baterai, alat yang sanggup menghasilkan arus listrik. Berbagai jenis baterai dalam aneka macam bentuk dan tegangan telah banyak dibuat untuk menjalankan peralatan-peralatan elektronik. Pada prinsipnya, arus yang dihasilkan baterai disebabkan oleh reaksi kimia, yaitu reaksi redoks. Selain baterai, penerapan reaksi redoks banyak dipakai di dalam kehidupan sehari-hari, pola pemanfaatan lainnya yaitu pada penyepuhan logam. Proses penyepuhan logam, menyerupai pelapisan kromium pada mesin kendaraan bermotor sehingga terlihat mengilap, memakai sel elektrolisis. Bagaimanakah proses elektrolisis terjadi? Bagaimana pula reaksi yang terjadi pada baterai? Pada serpihan ini, Anda akan mempelajari penyetaraan reaksi redoks dan penerapannya pada sel elektrokimia, menyerupai sel Volta/sel Galvani dan sel elektrolisis serta pemanfaatannya.
A. Reaksi Redoks
Konsep reduksi dan oksidasi (redoks) menurut pengikatan dan pelepasan oksigen, penyerahan dan penerimaan elektron, serta peningkatan dan penurunan bilangan oksidasi telah Anda pelajari di Kelas X Bab 7. Konsep redoks pada Kelas X gres diterapkan dalam memberi nama senyawa sehingga sanggup membedakan apa nama untuk CuO dan Cu2O serta memahami penerapan konsep redoks dalam mengatasi problem lingkungan. Selain itu, masih banyak penerapan reaksi reduksi oksidasi dalam kehidupan sehari-hari, contohnya reaksi yang terjadi pada baterai kering, sel aki, penyepuhan dan pemurnian logam, serta penanggulangan korosi.
Reaksi reduksi dan oksidasi merupakan reaksi yang berlangsung pada proses-proses elektrokimia, yaitu proses kimia yang menghasilkan arus listrik dan proses kimia yang memakai arus listrik. Bagaimana reaksi-reaksi itu terjadi? Pada serpihan ini akan dibahas lanjutan penerapan reaksi redoks dalam menyetarakan persamaan reaksi dan sel elektrokimia.
a. jumlah atom di ruas kiri sama dengan jumlah atom di ruas kanan;
b. jumlah muatan di ruas kiri sama dengan jumlah muatan di ruas kanan.
Reaksi redoks sederhana sanggup disetarakan dengan mudah, namun reaksi yang rumit harus ditangani secara khusus. Ada dua cara untuk menyetarakan reaksi dengan cara redoks, yaitu:
1. cara bilangan oksidasi;
2. cara setengah reaksi/ion elektron.
1. Cara Bilangan Oksidasi
Penyetaraan persamaan reaksi redoks memakai cara bilangan oksidasi (biloks) dilakukan dengan cara menyamakan jumlah elektron yang dilepas oleh reduktor dan elektron yang diikat oleh oksidator. Banyaknya elektron yang dilepas ataupun diterima ditentukan melalui perubahan biloks yang terjadi. Dalam reaksi redoks, H2O sering terlibat di dalam reaksi. Oleh karena itu, molekul H2O perlu dituliskan dalam persamaan reaksi. Begitu pula ion H+ dan OH–, adakala perlu dituliskan dalam persamaan reaksi redoks untuk menyatakan apakah reaksi berlangsung dalam suasana asam atau basa.
Contoh Soal 1 :
Contoh Soal 1 :
Setarakan persamaan untuk reaksi antara kalium permanganat dan natrium sulfit dengan hadirnya asam sulfat untuk membentuk kalium sulfat, mangan(II) sulfat, natrium sulfat, dan air.
Kunci Jawaban :
Langkah 1 :
Langkah 2 :
KMnO4(aq) + Na2SO3(aq) + H2SO4(aq) → K2SO4(aq) + MnSO4(aq) + Na2SO4(aq) + H2O(l) (reaksi belum setara)
Langkah 3 :
Tentukan bilangan oksidasi setiap unsur dalam persamaan itu:
-sulfat-natrium-sulfat-air-asam-sulfat.jpg "Pintar Pelajaran Reaksi Redoks, Sel Elektrokimia, Elektrolisis, Volta, Korosi, Bilangan Oksidasi"){kind=small}
Langkah 4 :
Pilihlah unsur-unsur yang mengalami perubahan dalam bilangan oksidasi, artinya yang mengalami oksidasi atau reduksi.
Langkah 5 :
Samakan jumlah elektron yang dilepas dan diikat semoga jumlah elektron yang dilepaskan sama dengan yang diikat. Jumlah elektron yang dilepaskan harus dikalikan 5, jadi 2 × 5 = 10 elektron.
Adapun jumlah elektron yang diikat dikalikan 2 sehingga menjadi 5 × 2 = 10 elektron. Persamaan menjadi:
2 KMnO4(aq) + 5 Na2SO3(aq) + ? H2SO4(aq) → K2SO4(aq) + 2 MnSO4(aq) + 5 Na2SO4(aq) + ? H2O(l)
Langkah 6 :
Dengan menilik ruas kiri dan ruas kanan, tentukan banyaknya mol yang belum disetarakan, dalam hal ini H2SO4 dan H2O yang dibutuhkan untuk menyetarakan persamaan. Seperti yang ditunjukkan oleh persamaan dalam langkah 5, 8 mol belerang ditunjukkan di sebelah kanan (KMnO4, 2 MnSO4 dan 5 Na2SO4 . Agar di kiri juga memperlihatkan 8 mol, harus ditetapkan 3 mol untuk H2SO4.
2 KMnO4(aq) + 5 Na2SO3(aq) + 3 H2SO4(aq) → K2SO4(aq) + 2 MnSO4(aq) + 5 Na2SO4(aq) + ? H2O(l)
Banyaknya air sanggup dihitung dengan dua cara:
a. Banyaknya total atom oksigen yang ditunjukkan di ruas kiri persamaan terakhir adalah 35 dan di kanan yaitu 32 mol, tidak termasuk H2O. Jadi, harus ditambahkan 3 mol air.
b. Banyaknya atom hidrogen yang ditunjukkan di kiri yaitu 6 mol (3 H2SO4). Jadi, harus ditetapkan 3 mol air.
Jadi, persamaan yang setara yaitu :
2 KMnO4(aq) + 5 Na2SO3(aq) + 3 H2SO4(aq) → K2SO4(aq) + 2 MnSO4(aq) + 5 Na2SO4(aq) + 3 H2O(l)
Contoh Soal 2 :
Setarakanlah reaksi berikut.
ZnS(s) + HNO3(aq) → ZnSO4(aq) + NO(g) + H2O(l)
Kunci Jawaban :
2. 3 ZnS(s) + 8 HNO3(aq) → 3 ZnSO4(aq) + 8 NO(g) + H2O(l)
3. 3 ZnS(s) + 8 HNO3(aq) → 3 ZnSO4(aq) + 8 NO(g) + 4 H2O(l)
Jadi, persamaan reaksi yang setara adalah
3 ZnS(s) + 8 HNO3(aq) → 3 ZnSO4(aq) + 8 NO(g) + 4 H2O(l)
Contoh Soal 3 :
Setarakanlah reaksi antara KMnO4 dengan KI dalam suasana basa.
Kunci Jawaban :
3. 2 MnO4–(aq) + 6 I–(aq) → 2 MnO2(s) + 3 I2 (aq)
4. 2 MnO4– (aq) + 6 I– (aq) → 2 MnO2(s) + 3 I2 (aq) + 8 OH–(aq)
5. 2 MnO4– (aq) + 6 I– (aq) + 4 H2O(l) → 2 Mn O2 (s) + 3 I2 (aq) + 8 OH–(aq)
6. 2 KMnO4(aq) + 6 KI(aq) + 4 H2O(l) → 2 Mn O2 (s) + 3 I2 (aq) + 8 KOH(aq)
2 KMnO4(aq) + 6 KI(aq) + 4 H2O(l) → 2 Mn O2 (s) + 3 I2 (aq) + 8 KOH(aq)
Contoh Soal 4 :
Reaksi redoks berikut:
a Fe2+ + MnO4– + b H+ → c Fe3+ + Mn2+ + d H2O
Harga a, b, c, dan d berturut-turut adalah ....
Kunci Jawaban :
III. 5 Fe2+ + MnO4 –+8 H+ → 5 Fe3+ + Mn2+
IV. 5 Fe2+ + MnO4 – +8 H+ → 5 Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O
2. Cara Setengah Reaksi/Ion Elektron
Penyetaraan persamaan reaksi redoks dengan cara ini dilakukan dengan membagi reaksi menjadi 2 bagian, yaitu:
a. sistem yang teroksidasi;
b. sistem yang tereduksi.
Penyelesaian dilakukan untuk setiap bagian, dilanjutkan dengan penyetaraan jumlah elektron yang terlibat pada serpihan a dan b, yang diakhiri dengan menjumlahkan kedua reaksi.
Contoh Soal 5 :
Setarakan persamaan untuk reaksi natrium dikromat (Na2Cr2O7) dan asam klorida untuk menghasilkan natrium klorida, kromium(III) klorida, air, dan klorin.
Kunci Jawaban :
Langkah 1 :
Natrium dikromat + asam klorida → natrium klorida + kromium (III) klorida + air + klorin
Langkah 2 :
Na2Cr2O7(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + CrCl3(aq) + H2O(l) + Cl2(g) (tidak setara)
Tuliskan bentuk ion setiap zat, baik untuk persamaan reduksi maupun untuk oksidasi. Untuk persamaan reduksi:
Cr2O72–(aq) → 2 Cr3+(aq)
Dengan mengetahui bahwa oksigen akan membentuk air, diperoleh :
Cr2O72–(aq) → 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l)
Juga mengetahui bahwa ion hidrogen harus bergabung dengan oksigen untuk membentuk air, maka diperoleh :
Cr2O72–(aq) + 14 H+ → 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l)
Dengan menambahkan elektron secukupnya pada ruas kiri untuk menyetarakan muatan maka persamaan menjadi:
Cr2O72–(aq) + 14 H+ + 6 e– → 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l)
Untuk persamaan oksidasi:
2 Cl–(aq) → Cl2(g)
Sebanyak 2 e– harus ditambahkan di ruas kanan semoga muatannya menjadi setara
2 Cl–(aq) → Cl2(g) + 2 e–
Selanjutnya kedua reaksi reduksi dan oksidasi dijumlahkan:
Cr2O72–(aq) + 14 H+ + 6 e– → 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l)
3(2 Cl–(aq) → Cl2(g) + 2 e–)
-----------------------------------------------------------------------------------------------
Cr2O72–(aq) + 14 H+(aq) + 6 Cl–(aq) + 6 e– → 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l) + 3 Cl2(g) + 6 e–
Persamaan kedua dikalikan 3 sehingga jumlah elektron yang dilepaskan dalam oksidasi sama dengan elektron yang diterima dalam reduksi (elektron saling menghabiskan).
Cr2O72–(aq) + 14 H+(aq) + 6 Cl–(aq) → 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l) + 3 Cl2(g)
Untuk menuliskan persamaan keseluruhan yang setara, dikembalikan ke persamaan reaksi molekul dengan memasukkan 2 ion Na+ untuk setiap Cr2O72– dan satu Cl– untuk setiap H+. Persamaan selesai adalah
7Na2Cr2O7(aq) + 14 HCl(aq) → 2 NaCl(aq) + 2 CrCl3(aq) + 7 H2O(l) + 3 Cl2(g)
Jadi, persamaan yang setara yaitu :
7Na2Cr2O7(aq) + 14 HCl(aq) → 2 NaCl(aq) + 2 CrCl3(aq) + 7 H2O(l) + 3 Cl2(g)
Contoh Soal 6 :
Setarakan persamaan reaksi berikut:
asam
MnO4–(aq) + Cl–(aq) → Mn2+(aq) + Cl2(g)
MnO4–(aq) + Cl–(aq) → Mn2+(aq) + Cl2(g)
Kunci Jawaban :
MnO4–(aq) → Mn2+(aq)
Cl–(aq) → Cl2 (g)
Menyetarakan jumlah atom O dilakukan dengan penambahan H2O jika suasana reaksi asam. Jumlah H dari H2O yang ditambahkan disetarakan dengan penambahan H+ di ruas lain.
Jika suasana reaksi basa menyetarakan jumlah atom O dilakukan dengan penambahan OH– di ruas lain. Jumlah H+ dan OH– yang ditambahkan disetarakan dengan penambahan H2O di ruas lainnya.
Reduksi : (MnO4–(aq) + 8 H+(aq) + 5 e– → Mn2+(aq) + 4 H2O(l)) × 2
Oksidasi: (2 Cl–(aq) → Cl2(aq) + 2 e–) × 5
Jadi, persamaan yang setara yaitu :
2 MnO4–(aq) + 16 H+(aq) + 10 Cl–(aq) → 2 Mn2+(aq) + 5 Cl2(g) + 8 H2O(l)
Contoh Soal 7 :
Setarakan persamaan reaksi redoks berikut.
basa
MnO4–(aq) + I–(aq) → MnO2(s) + I2(aq)
Kunci Jawaban :
1. MnO4–(aq) → Mn2+(aq) (reduksi)
I–(aq) → I2(aq) (oksidasi)
2. MnO4–(aq) + 4 H2O(l) → Mn2+ + 8 OH–
2 I–(aq) → I2(aq)
3. (MnO4–(aq) + 4 H2O(l) + 5 e– → Mn2+(aq) + 8 OH–(aq)) × 2
(2 I– → I2 + 2 e–) × 5
4. 2 MnO4– (aq) + 8 H2O (l) + 10 e– + 10 I–(aq)→ 2 Mn2+(aq) + 16 OH– (aq) + 5 I2(aq) + 10 e–
5. 2 MnO4– (aq) + 10 I–(aq) + 8 H2O (l) → 2 Mn2+ (aq) + 16 OH– (aq) + 5 I2(aq)
Contoh Soal 8 :
Setarakan persamaan reaksi berikut.
K2Cr2O7(aq) + H2C2O4(aq) + H2SO4(aq) → Cr2(SO4)3(aq) + H2O(l) + CO2(g) + K2SO4(aq)
Kunci Jawaban :
1. Cr2O72–(aq) → Cr3+(aq) (reduksi)
Cr2O72–(aq) → CO2(g) (oksidasi)
2. 2 Cr2O72–aq) + 14 H+(aq) + 6 e– → 2 Cr3+(aq) + 7 H2O (l) (reduksi)
2 Cr2O72–(aq) →2 CO2(g) + 2 e–
3. (Cr2O72–(aq) + 14 H+(aq) + 6 e– → 2 Cr3+(aq) + 7 H2O (l)) × 1
(Cr2O72–(aq) →2 CO2(g) + 2 e–) × 3
4. Cr2O72– (aq) + 3 C2O42–(aq) + 14 H+(aq) → 2 Cr3+(aq) + 7 H2O (l) + 6 CO2 (g)
5. K2Cr2O7 (aq) + 3 H2C2O4 (aq) + 4 H2SO4 (aq) → Cr2(SO4)3(aq) + 7 H2O (l) + 6 CO2 (g) + K2SO4(aq)
Jadi, persamaan yang setara yaitu :
K2Cr2O7 (aq) + 3 H2C2O4 (aq) + 4 H2SO4 (aq) → Cr2(SO4)3(aq) + 7 H2O (l) + 6 CO2 (g) + K2SO4(aq)
B. Sel Elektrokimia
Dalam elektrokimia dipelajari reaksi-reaksi yang disertai perpindahan elektron (reaksi redoks). Pada proses ini, energi kimia diubah menjadi energi listrik atau sebaliknya. Reaksi reduksi oksidasi tertentu sanggup menghasilkan arus listrik. Adapun pada kondisi lainnya, arus listrik dialirkan ke dalam larutan atau cairan zat kemudian akan terjadi perpindahan elektron yang menghasilkan reaksi kimia.
Sel elektrokimia dibedakan atas:
a. Sel Volta/Sel Galvani
b. Sel elektrolisis
Persamaannya:
- Pada sel elektrokimia, baik sel Volta maupun sel elektrolisis digunakan elektrode, yaitu katode, anode, dan larutan elektrolit.
- Reaksi yang terjadi pada sel elektrokimia yaitu reaksi redoks, pada katode terjadi reduksi, sedangkan pada anode terjadi oksidasi.
Perbedaannya sanggup Anda lihat pada tabel berikut.
Tabel 1. Perbedaan Sel Volta dan Sel Elektolisis
Sel Volta | Sel Elektrolisis | |
1. | Energi kimia diubah menjadi energi listrik | Energi listrik diubah menjadi energi kimia |
2. | Katode yaitu kutub positif | Katode yaitu kutub negatif |
3. | Anode kutub negatif | Anode kutub positif |
4. | Reaksi impulsif | Reaksi tidak impulsif |
Telah dipelajari sebelumnya bahwa logam-logam pada umumnya memiliki sifat energi ionisasi yang relatif rendah dan afinitas elektron yang relatif kecil. Oleh lantaran itu, unsur-unsur logam cenderung mengalami oksidasi (melepaskan elektron) dan bersifat reduktor.
Jika kita reaksikan suatu logam dengan asam, misalnya:
Na(s) + 2 HCl(aq) → 2 NaCl(aq) + H2(g)
Mg(s) + 2 HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g)
2 Al(s) + 6 HCl(aq) → 2 AlCl3(aq) + 3 H2(g)
Reaksi pertama di atas sanggup dituliskan :
Na(s) + 2 H+(aq) → Na+(aq) + H2(g)
Pada reaksi logam dengan asam, atom logam mengalami oksidasi dan ion hidrogen mengalami reduksi. Namun, tidak semua logam bisa bereaksi dengan asam, contohnya perak dan tembaga tidak bisa mereduksi ion hidrogen.
Ag(s) + H+(aq) → tidak bereaksi
Cu(s) + H+(aq) → tidak bereaksi
Reaksi redoks antara logam dan asam berlangsung impulsif bergantung pada gampang atau sukarnya logam itu mengalami oksidasi (kuat atau lemahnya sifat reduktor). Alessandro Volta melaksanakan eksperimen dan berhasil menyusun deret keaktifan logam atau deret potensial logam yang dikenal dengan deret Volta.
Li K Ba Ca Na Mg Al Nu Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn (H) Cu Ag Hg Pt Au
Semakin ke kiri suatu unsur dalam deret Volta, sifat reduktornya semakin kuat. Artinya, suatu unsur akan bisa mereduksi ion-ion unsur di sebelah kanannya, tetapi tidak bisa mereduksi ion-ion dari unsur di sebelah kirinya. Logam Na, Mg, dan Al terletak di sebelah kiri H sehingga logam tersebut dapat mereduksi ion H+ untuk menghasilkan gas H2, sedangkan logam Cu dan Ag terletak di sebelah kanan H sehingga tidak sanggup mereduksi ion H+ (tidak bereaksi dengan asam).
Deret Volta juga sanggup menjelaskan reaksi logam dengan logam lain. Misalnya, logam Zn dimasukkan ke dalam larutan CuSO4. Reaksi yang terjadi adalah Zn mereduksi Cu2+ (berasal dari CuSO4) dan menghasilkan endapan logam Cu lantaran Zn terletak di sebelah kiri Cu.
Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(s)
Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(s)
atau
Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)
Contoh Soal 9 :
K, Ba, Zn, Su, Ag, Hg, Pt, Cr, Pb
Kunci Jawaban :
Logam-logam yang sempurna bereaksi dengan asam yaitu logam yang terletak di sebelah kiri H dalam deret Volta yaitu K, Ba, Zn, Sn, Cr, dan Pb. Adapun logam-logam Ag, Hg, dan Pt terletak di sebelah kanan H sehingga tidak bereaksi dengan asam. Jadi, logam yang sanggup bereaksi dengan HCl yaitu K, Ba, Zn, Sn, Cr, dan Pb.
Contoh Soal 10 :
Manakah reaksi yang mungkin berlangsung dan mustahil berlangsung?
Kunci Jawaban :
a. Zn(s) + H2SO4(aq) → ZnSO4(aq) + H2(g)
b. Zn(s) + Na2SO4(aq) → ZnSO4(aq) + 2 Na(s)
c. 2 Na(s) + MgCl2(aq) → 2 NaCl(aq) + Mg(s)
d. Cu(s) + Ni(NO3)2(aq) → Cu(NO3)2(aq) + Ni(s) Kunci Jawaban :
Berdasarkan urutan sifat reduktornya dalam deret Volta, reaksi yang mungkin berlangsung yaitu a dan c, sedangkan reaksi b dan d tidak akan berlangsung. Jadi, reaksi yang mungkin berlangsung yaitu a dan c, reaksi yang tidak mungkin berlangsung yaitu b dan d.
1. Sel Volta/Sel Galvani
Penemu sel ini ialah hebat kimia Italia Alessandro Volta dan Luigi Galvani. Sel ini merupakan salah satu sel elektrokimia pertama yang dikembangkan.
Pada sel Volta dipakai elektrode negatif (anode) dari batang zink (seng) yang dicelupkan dalam larutan ZnSO4 dan elektrode positif (katode) dari batang cuprum (tembaga) yang dicelupkan dalam larutan CuSO4. Kedua larutan dihubungkan dengan jembatan garam atau dipisahkan oleh dinding berpori. Jembatan garam terdiri atas pipa berbentuk U yang berisi agar-agar yang mengandung garam kalium klorida. Fungsi jembatan garam adalah untuk mempertahankan kenetralan medium elektrolit kawasan batang elektrode berada.
Tahapan kerja sel Volta/sel Galvani:
a. Elektrode seng teroksidasi berubah menjadi Zn2+
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e–
b. Elektron yang dibebaskan mengalir melalui kawat penghantar menuju elektrode Cu.
c. Pada elektrode Cu elektron-elektron diikat oleh ion Cu2+ dari larutan menjadi Cu dan selanjutnya molekul menempel pada batang Cu, reaksi:
SO42–(aq) + 2 e– → Cu(s)
d. Akibatnya, Zn teroksidasi dan SO42– tereduksi, pada anode ion Zn2+ lebih banyak dari ion SO4 2–, sedangkan pada katode ion SO42– lebih banyak dari ion Cu2+. Oleh alasannya itu, ion SO42– berpindah dari elektrode Cu ke elektrode Zn melalui jembatan garam.
e. Pada selesai reaksi sel, elektrode Zn akan berkurang beratnya, sedangkan elektrode Cu akan bertambah beratnya. Larutan CuSO4 semakin encer, sedangkan larutan ZnSO4 semakin pekat. Reaksi yang terjadi pada sel Volta yaitu :
Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(s)
Reaksi oksidasi (anode) :
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e–
Reaksi reduksi (katode) :
Cu2+(aq) + 2 e– → Cu(s)
Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s)
|| = jembatan garam
sebelah kiri || = reaksi oksidasi
sebelah kanan || = reaksi reduksi
Contoh Soal 11 :
Nyatakanlah diagram sel dari reaksi pada sel kombinasi berikut.
Kunci Jawaban :
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e– (oksidasi)
Br2(aq) + 2 e– → 2 Br–(aq) (reduksi)
Diagram sel :
Zn(s) | Zn2+(aq) || Br2(aq) | Br–(aq)
Jadi, diagram sel untuk sel tersebut adalah Zn(s) | Zn2+(aq) || Br2(aq) | Br–(aq)
Contoh Soal 12 :
a. Ni(s) | Ni2+(aq) || Ag+(aq) | Ag(s)
b. Fe(s) | Fe2+(aq) || Au3+(aq) | Au(s)
Kunci Jawaban :
a. Anode (oksidasi) : Ni(s) → Ni2+(aq) + 2 e–
Katode (reduksi) : Ag+(aq) + e– → Ag(s)
b. Anode (oksidasi) : Fe(s) → Fe2+(aq) + 2 e–
Katode (reduksi) : Au3+(aq) + 3 e– → Au(s)
Reaksi redoks dalam sebuah sel, misalnya:
Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(s)
sanggup berlangsung kalau ada perbedaan potensial yang bernilai positif dari kedua elektrode yang digunakan.
Harga potensial mutlak suatu elektrode tidak sanggup diukur. Oleh karena itu, ditetapkan suatu elektrode standar sebagai rujukan, yaitu elektrode hidrogen.
 |
| Gambar 1. Elektrode hidrogen merupakan elektrode standar yang dipakai untuk mengukur harga potensial elektrode lainnya. |
Elektrode hidrogen terdiri atas gas hidrogen murni yang tekanannya adalah 1 atm pada 25 °C. Gas tersebut dialirkan melalui sepotong platinum yang dicelupkan dalam larutan yang mengandung ion H+ dengan konsentrasi 1 M. Potensial elektrode standar ini ditetapkan mempunyai harga potensial sama dengan nol volt. (E° = 0 volt)
b. Potensial Elektrode Positif
Elektrode yang lebih gampang tereduksi daripada elektrode hidrogen diberi harga potensial reduksi positif. Misalnya, sel Volta dengan elektrode hidrogen dan elektrode Cu dalam larutan CuSO4 menawarkan harga potensial sebesar 0,34 volt.
 |
| Gambar 2. Pengukuran harga potensial reduksi elektrode Cu. |
Pada elektrode hidrogen terjadi reaksi oksidasi (karena elektron mengalir dari elektrode hidrogen ke elektrode Cu), sedangkan elektrode Cu mengalami reaksi reduksi.
Persamaan reaksi yang terjadi:
Oleh lantaran elektrode Cu lebih gampang tereduksi daripada elektrode hidrogen maka potensial reduksi elektrode Cu diberi tanda positif. Harga potensial reduksi elektrode hidrogen 0 volt maka harga potensial sel adalah harga potensial reduksi Cu, yaitu +0,34 volt. Reaksi reduksi ditulis sebagai berikut.
Cu2+(aq) + 2 e– → Cu(s) E° = +0,34 volt
E° = potensial reduksi standar.
c. Potensial Elektrode Negatif
Elektrode yang lebih gampang teroksidasi daripada hidrogen diberi harga potensial reduksi negatif. Misalnya, sel Volta yang terdiri atas elektrode standar hidrogen dan elektrode seng yang dicelupkan dalam larutan ZnSO4 1 M, menawarkan beda potensial sebesar 0,765 volt.
 |
| Gambar 3. Pengukuran harga potensial reduksi elektrode Zn. |
Persamaan reaksi yang terjadi:
Pada sel ini, Zn lebih gampang teroksidasi daripada hidrogen. Oleh sebab itu, elektrode seng diberi tanda negatif. Karena harga potensial reduksi H2 sama dengan 0 volt maka potensial sel yaitu potensial reduksi Zn yaitu –0,76 volt.
Reaksi reduksi ditulis:
Zn2+(aq) + 2 e– → Zn(s) E° = –0,76 volt
Berikut ini tabel harga potensial reduksi beberapa unsur.
Tabel 2. Harga Potensial Reduksi Unsur-Unsur
Setengah Reaksi | E° (V) |
F2(g) + 2 e– ↔ 2 F–(aq) | +2,87 |
S2O82–(aq) + 2 e– ↔ 2 SO42–(aq) | +2,01 |
PbO2(s) + HSO4–(aq) + 3 H+(aq) + 2 e– ↔ PbSO4(s) + 2 H2O | +1,69 |
2 HOCl(aq) + 2 H+(aq) + 2 e– ↔ Cl2(g) + 2 H2O | +1,63 |
MnO4–(aq) + 8 H+(aq) + 5 e– ↔ Mn2+(aq) + 4 H2O | +1,51 |
PbO2(s) + 4 H+(aq) + 2 e– ↔ Pb2+(aq) + 2 H2O | +1,46 |
BrO3–(aq) + 6 H+(aq) + 6 e– ↔ Br–(aq) + 3 H2O | +1,44 |
Au3+(aq) + 3 e– ↔ Au(s) | +1,42 |
Cl2(g) + 2 e– ↔ 2 Cl–(aq) | +1,36 |
O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e– ↔ 2 H2O | +1,23 |
Br2(aq) + 2 e– ↔ 2 Br–(aq) | +1,07 |
NO3–(aq) + 4 H+(aq) + 3 e– ↔ NO(g) + 2 H2O | +0,96 |
Ag+(aq) + e– ↔ Ag(s) | +0,80 |
Fe3+(aq) + e– ↔ Fe2+(aq) | +0,77 |
I2(s) + 2 e– ↔ 2 I–(aq) | +0,54 |
NiO2(s) + 2 H2O + 2 e– ↔ Ni(OH)2(s) + 2 OH–(aq) | +0,49 |
Cu2+(aq) + 2 e– ↔ Cu(s) | +0,34 |
SO42–(aq) + 4 H+(aq) + 2 e– ↔ Ni(OH)2(s) + 2 OH–(aq) | +0,17 |
AgBr(s) + e– ↔ Ag(s) + Br–(aq) | +0,07 |
2 H+(aq) + 2 e– ↔ H2(g) | 0 |
Sn2+(aq) + 2 e– ↔ Sn(s) | –0,14 |
Ni2+(aq) + 2 e– ↔ Ni(s) | –0,25 |
Co2+(aq) + 2 e– ↔ Co(s) | –0,28 |
PbSO4(s) + H+(aq) + 2 e– ↔ Pb(s) + HSO4–(aq) | –0,36 |
Cd2+(aq) + 2 e– ↔ Cd(s) | –0,40 |
Fe2+(aq) + 2 e– ↔ Fe(s) | –0,44 |
Cr2+(aq) + 3 e– ↔ Cr(s) | –0,74 |
Zn2+(aq) + 2 e– ↔ Zn(s) | –0,76 |
2 H2O + 2 e– ↔ H2(g) + 2 OH–(aq) | –0,83 |
Al3+(aq) + 3 e– ↔ Al(s) | –1,66 |
Mg2+(aq) + 2 e– ↔ Mg(s) | –2,37 |
Na+(aq) + e– ↔ Na(s) | –2,71 |
Ca2+(aq) + 2 e– ↔ Ca(s) | –2,76 |
K+(aq) + e– ↔ K(s) | –2,92 |
Li+(aq) + e– ↔ Li(s) | –3,05 |
Sumber: Chemistry (McMurry), 2001 | |
Contoh Soal 13 :
Diketahui:
Ni2+(aq) + 2 e– → Ni(s)
E° = –0,25 V
Pb2+(aq) + 2 e– → Pb(s)
E° = –0,13 V
Kunci Jawaban :
Eo sel = Eo katode – Eo anode
= –0,13 V + 0,25 V
= +0,12 V
Jadi, potensial standar sel Volta tersebut yaitu (C) +0,12 V.
d. Reaksi Sel dan Potensial Sel
Reaksi sel yaitu jumlah aljabar dari reaksi-reaksi yang terjadi pada elektrode-elektrode. Misalnya, untuk reaksi dengan diagram sel sebagai berikut.
Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s)
Setengah reaksi dari reaksi selnya sebagai berikut.
Potensial sel merupakan jumlah aljabar dari potensial oksidasi dan potensial reduksi. Jika yang dipakai yaitu elektrode-elektrode standar maka potensial sel itu ditandai dengan Eo sel. Potensial standar untuk sel tersebut sebagai berikut.
Eo sel = Eo oksidasi + Eo reduksi
Oleh lantaran setengah reaksi oksidasi mempunyai tanda yang berlawanan, persamaan yang sering dipakai sebagai berikut.
Eo sel = Eo reduksi – Eo oksidasi
Eo sel = Eo katode – Eo anode
Eo sel = Eo besar – Eo kecil
kalau :
Cu2+(aq) + 2 e– → Cu(s) Eo = +0,34
Zn2+(aq) + 2 e– → Zn(s) Eo = –0,76 maka :
Eo sel = Eo Cu2+ | Cu – Eo Zn | Zn2+
Eo sel = +1,10 V
Contoh Soal 14 :
Sebuah sel Volta memakai elektrode nikel dalam larutan NiSO4 dan elektrode Ag dalam larutan Ag2SO4. Tentukan potensial sel yang terjadi jika Eo Ni –0,25 volt dan Eo Ag = +0,80 volt. Tunjukkan mana yang bertindak sebagai katode dan anode dalam sel ini.
Kunci Jawaban :
Oleh karena Eo Ni lebih kecil daripada Eo Ag maka Ni lebih gampang teroksidasi dibandingkan Ag.
Eo sel = Eo oksidasi + Eo reduksi
Eo sel = Eo Ag – Eo Ni
Eo sel = +0,80 V – (–0,25 V)
Eo sel = +1,05 V
Jadi, Ni sebagai anode dan Ag sebagai katode dengan potensial sel +1,05 V.
Contoh Soal 15 :
Diketahui:
Zn(s) + Fe2+(aq) → Zn2+(aq) + Fe(s)
Eo = 0,32 volt
Fe(s) + Cu2+(aq) → Fe2+(aq) + Cu(s)
Eo = 0,78 volt
Potensial standar dari sel :
Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)
Kunci Jawaban :
atau:
Eo sel = Eo reduksi – Eo oksidasi
Eo sel = 0,78 – (–0,32)
Eo sel = 0,78 + 0,32 = 1,10 V
Jadi, potensial standar sel tersebut yaitu (E) +1,10 V.
e. Prinsip-Prinsip Sel Volta dalam Kehidupan Sehari-hari
Sel Volta sanggup dibedakan menjadi sel volta primer, sel volta sekunder, dan sel bahan bakar.
2. Sel Elektrolisis
2. Sel Elektrolisis
Pada subbab ini, kita akan mempelajari proses kebalikan dari sel Volta, yaitu perubahan energi listrik menjadi energi kimia. Apabila arus listrik searah dialirkan ke dalam larutan elektrolit melalui elektrode maka larutan elektrolit tersebut akan terurai. Peristiwa penguraian elektrolit oleh arus searah inilah yang disebut elektrolisis. Sel kawasan terjadinya elektrolisis disebut sel elektrolisis.
Berbeda dengan reaksi yang terjadi pada sel Volta, pada sel elektrolisis reaksi mulai terjadi pada katode, yaitu kawasan arus masuk (pada sel Volta reaksi dimulai pada anode, yaitu kawasan arus keluar).
a. Reaksi pada Katode
Pada katode terjadi reaksi ion-ion positif (kation) mengikat elektron-elektron yang berasal dari sumber arus. Zat yang terbentuk dari hasil reaksi ini akan menempel pada batang katode, kecuali kalau zat yang dihasilkan berbentuk gas. Apabila zat hasil reaksi berfase gas maka akan keluar sebagai gelembung-gelembung gas di sekitar batang katode yang selanjutnya akan bergerak ke permukaan sel elektrolisis. Dalam larutan, ion positif menuju ke katode dan ion negatif ke anode.
1. Ion hidrogen (H+)
Ion hidrogen direduksi menjadi molekul gas hidrogen.
Reaksi : 2 H+(aq) + 2 e– → H2(g)
2. Ion-ion logam
a. Ion-ion logam alkali/alkali tanah, seperti Li+, K+, Na+, Ba2+, Sr2+, dan Ca2+tidak mengalami reduksi lantaran E° logam < E° air maka air sebagai penggantinya yang akan mengalami reduksi.
Reaksi: H2O(l) + 2 e– → H2(g) + 2 OH–(aq)
b. Ion-ion logam selain alkali/alkali tanah, seperti Ni2+, Cu2+, dan Zn2+ akan mengalami reduksi menjadi logam.
Mn+ + n e– → M
Contoh : Cu2+(aq) + 2 e– → Cu(s)
Ni2+(aq) + 2 e– → Ni(s)
Akan tetapi, apabila leburan garam yang dielektrolisis maka ion logam penyusun garam tersebut akan direduksi menjadi logam. Contohnya, NaCl (l), Na+ akan menjadi Na.
Reaksi : Na+(aq) + e– → Na(s)
Pada anode terjadi reaksi oksidasi, ion-ion negatif akan ditarik oleh anode. Reaksi yang terjadi pada anode sangat dipengaruhi oleh jenis anion dan jenis elektrode yang digunakan. Jika anode terbuat dari elektrode inert (elektrode yang tidak ikut bereaksi), menyerupai Pt, C, dan Au maka ion negatif atau air akan teroksidasi.
1. Ion hidroksida (OH–) akan teroksidasi menjadi H2O dan O2.
Reaksinya : 4 OH–(aq) → 2 H2O(l) + O2(g) + 4 e–
a. Ion sisa asam yang tidak beroksigen, seperti Cl–, Br–, I– akan teroksidasi menjadi gasnya Cl2, Br2, I2.
Contoh : Cl–(aq) → Cl2(g) + 2 e–
2 X– → X2 + 2 e–
Reaksi : 2 H2O(l) → 4 H+(aq) + O2(g) + 4 e–
Jika anodenya terbuat dari logam lain (bukan Pt, C, atau Au) maka anode akan mengalami oksidasi menjadi ionnya. Contohnya, kalau anode terbuat dari Ni, Ni akan teroksidasi menjadi Ni2+.
Reaksi : Ni(s) → Ni2+(aq) + 2 e–
Contoh Soal 15 :
1. Elektrolisis larutan HCl dengan elektrode Pt.
2. Elektrolisis larutan NaBr dengan elektrode C.
3. Elektrolisis larutan CuSO4 dengan elektrode C.
4. Elektrolisis larutan KNO3 dengan elektrode Pt.
Kunci Jawaban :
1. Elektrolisis larutan HCl dengan elektrode Pt
HCl(aq) → H+(aq) + Cl–(aq)
katode (–) : 2 H+(aq) + 2 e– → H2(g)
anode (+) : 2 Cl–(aq) → Cl2(g) + 2 e–
------------------------------------------
2 H+(aq) + 2 Cl–(aq) → H2(g) + Cl2(g) 2. Elektrolisis larutan NaBr dengan elektrode C
katode (–) : 2 H2O(l) + 2 e– → H2(g) + 2 OH–(aq)
anode (+) : 2 Br–(aq) → Br2(aq) + 2 e–
--------------------------------------------------------
2 H2O(l) + 2 Br–(aq) → H2(g) + 2 OH–(aq) + Br2(g)
3. Elektrolisis larutan CuSO4 dengan elektrode C
katode (–) : Cu2+(aq) + 2 e– → Cu(s) 2×
anode (+) : 2 H2O(l) → O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e– 1×
-----------------------------------------------------------
2 Cu2+(aq) + 2 H2O(l) → 2 Cu(s) + O2(aq) + 4 H+(aq)
4. Elektrolisis larutan KNO3 dengan elektrode Pt
katode (–) : 2 H2O(l) + 2 e– →H2(g) + 2 OH–(aq) 2×
anode (+) : 2 H2O(l) → O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e– 1×
----------------------------------------------------------
6 H2O(l) →2 H2(g) + 4 OH–(aq) + O2(g) + 4 H+(aq)
2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)
Contoh Soal 16 :
Larutan CaCl2 dengan elektrode karbon, di ruang katode terjadi reaksi ....
Kunci Jawaban :
Elektrolisis larutan CaCl2 dengan elektrode karbon di ruang katode, terjadi reaksi karena larutan akan terurai menjadi :
CaCl2(aq) → Ca2+(aq) + 2 Cl–(aq)
katode (–) : 2 H2O(l) + 2 e– → 2 OH–(aq) + H2(g)
anode (+) : 2 Cl–(aq) → Cl2(aq)+2 e–
Pada katode dihasilkan :
2 H2O(l) + 2 e– → 2 OH–(aq) + H2(g)
yang direduksi bukan airnya karena potensial reduksi air lebih besar dari Ca2+.
Jadi, reaksi yang terjadi adalah 2 H2O(l) + 2 e– → 2 OH–(aq) + H2(g)
c. Stoikiometri dalam Elektrolisis
Dalam sel elektrolisis, jumlah zat (massa) yang diendapkan atau yang melarut pada elektrode berbanding lurus dengan jumlah arus yang melewati elektrolit (Hukum I Faraday).
Hukum I Faraday menyatakan bahwa jumlah zat (gram) yang diendapkan atau yang melarut pada elektrode berbanding lurus dengan jumlah arus yang melewati elektrolit.
w = massa zat (g)
e = massa ekuivalen atau valensi (Mr / Valensi)
i = besar lengan berkuasa arus (A)
t = waktu (s)
F = tetapan Faraday = 96.500 coulomb
1 F = 1 mol elektron
Untuk 2 elektrolit atau lebih yang dielektrolisis dengan jumlah arus yang sama berlaku Hukum II Faraday.
" Jika arus dialirkan ke dalam beberapa sel elektrolisis maka jumlah zat yang dihasilkan pada masing-masing elektrodenya sebanding dengan massa ekuivalen masing-masing zat tersebut."
wA = massa zat A
wB = massa zat B
eA = massa ekuivalen zat A
eB = massa ekuivalen zat B
Contoh Soal 17 :
Berapakah massa tembaga yang diendapkan di katode pada elektrolisis larutan CuSO4 dengan memakai arus 2 A selama 20 menit. (Ar Cu = 63,5 g/mol)
Kunci Jawaban :
Di katode, terjadi reaksi reduksi Cu2+ menjadi Cu:
t = 20 menit = 1.200 s
Jadi, massa tembaga yang diendapkan pada katode yaitu 0,79 g.
Contoh Soal 18 :
Kunci Jawaban :
Jadi, massa Cu yang diendapkan pada katode yaitu 0,73 g.
d. Kegunaan Sel Elektrolisis
1) Penyepuhan logam
Penyepuhan logam bertujuan melapisi logam dengan logam lain agar tidak gampang berkarat. Contohnya, penyepuhan perak yang biasa dilakukan pada peralatan rumah tangga, menyerupai sendok, garpu, dan pisau. Pada penyepuhan perak, logam perak bertindak sebagai katode dan sendok besi bertindak sebagai anode.
 |
| Gambar 8. Penyepuhan perak pada sendok besi. |
CrO3(aq) + 6 H+(aq) + 6 e– → Cr(s) + 3 H2O(l)
2) Produksi aluminium
Aluminium diperoleh dengan cara elektrolisis bijih aluminium. Reaksi yang terjadi sebagai berikut.
Katode : Al3+(aq) + 3 e– → Al(l)
Anode : 2 O2–(aq) → O2(g) + 4 e–
-------------------------------------------------
4 Al3+(aq) + 6 O2–(aq) → 4 Al(l) + 3 O2(g)
3) Produksi natrium
Natrium diperoleh dengan cara elektrolisis lelehan NaCl yang dikenal dengan Proses Down. Reaksi yang terjadi sebagai berikut.
Katode : 2 Na+(l) + 2 e– → 2 Na(l)
Anode : 2 Cl–(l) → Cl2(g) + 2 e–
---------------------------------------------
2 Na+(aq) + 2 Cl–(aq) → 2 Na(l) + Cl2(g)
C. Korosi
Dalam kehidupan sehari-hari, Anda niscaya pernah melihat besi yang berkarat. Apabila besi didiamkan pada udara yang berair maka pada permukaan besi akan terbentuk karat.
Proteksi Katodik :
Untuk mencegah korosi pada pipa besi bawah tanah dilakukan dengan proses yang dinamakan proteksi katodik. Proteksi katodik dilakukan dengan cara melapisi besi dengan logam yang mempunyai sifat pereduksi lebih kuat, menyerupai Zn dan Mg. Dalam hal ini, besi bertindak sebagai katode, sedangkan logam yang melapisinya merupakan anode. Reaksi korosi pada besi sanggup dicegah karena reaksi oksidasi akan terjadi pada anode (logam pelapis).
Masalah yang sering terjadi pada logam yaitu korosi. Korosi disebabkan lantaran reaksi logam dengan oksigen dan air. Contohnya korosi pada besi.
 |
| Gambar 9. Reaksi korosi pada besi. |
Proses korosi sanggup dicegah melalui:
1. Perlindungan pada permukaan, contohnya dengan cat.
2. Perlindungan elektrokimia dengan memakai logam lain (proteksi katodik).
3. Pembentukan aloi.
Aloi adalah adonan logam dengan logam lain sehingga menghasilkan campuran logam yang lebih besar lengan berkuasa dan tahan karat. Contohnya, campuran Ni dengan Cr.
Rangkuman :
1. Reaksi redoks merupakan reaksi yang berlangsungpada proses elektrokimia, yaitu proses kimia yang menghasilkan arus listrik dan proses kimia yang menggunakan arus listrik. Reaksi redoks disetarakan dengan dua cara, yaitu
a. cara bilangan oksidasi;
b. cara setengah reaksi/ion elektron.
2. Sel elektrokimia, terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik atau sebaliknya. Sel elektrokimia terdiri atas sel Volta dan sel elektrolisis.
a. Sel Volta
1) Katode mengalami reduksi, anode mengalami oksidasi.
2) Energi kimia diubah menjadi energi listrik.
3) Katode yaitu kutub negatif.
4) Anode yaitu kutub positif.
5) Reaksi spontan.
b. Sel Elektrolisis
1) Katode mengalami reduksi, anode mengalami oksidasi.
2) Energi listrik diubah menjadi energi kimia.
3) Katode yaitu kutub positif.
4) Anode yaitu kutub negatif.
5) Reaksi tidak spontan.
6) Berlaku aturan I Faraday
3. Korosi yaitu reaksi oksidasi pada logam yang disebabkan oleh oksigen dan air. Korosi dapat dicegah dengan perlindungan katodik, pembentukan aloi, dan pinjaman pada permukaan logam.
Anda kini sudah mengetahui Sel Elektrokimia. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.
Referensi :
Rahayu, Imam. 2009. Praktis Belajar Kimia untuk Kelas XII Sekolah Menengah Atas/Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, p. 194.
No comments:
Post a Comment